CN102136626B - 一种宽带-窄带组合天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种宽带-窄带组合天线，属于微波技术领域。本发明包括介质基板（1）、宽带对称渐变槽线天线（5）、窄带贴片天线（9）；其中宽带对称渐变槽线天线（5）、窄带贴片天线（9）分别设置在介质基板（1）上，窄带贴片天线（9）与宽带对称渐变槽线天线（5）相互不重叠。本发明具有结构简单；宽带、窄带天线单元之间隔离度高，宽带单元可以实现宽频带的频谱侦听功能，窄带天线可用作窄带系统的通信；而且本发明具有近似的单向辐射特性，对于手持机应用而言，能有效避免影响人体或引入不必要的干扰。

Description

一种宽带-窄带组合天线

技术领域：

本发明涉及一种宽带-窄带组合天线，属于微波天线技术领域。

背景技术：

随着近年来无线传感器网络的迅速发展，基于无线传感器网络的“物联网”将有望把各种基建设施与通信网络融合起来。“物联网”的基本节点之一就是无线传感器，多频或宽带天线则是实现无线传感器的关键部件之一。由于各种物品的接入将使网络节点个数与用户数剧增，可能占用的频谱资源自然也会更多，在一定频带内有可能出现频谱资源冲突的现象。频谱感知技术已经成为“物联网”中消除频谱资源冲突、提高频谱资源利用率的有效方法。

作为拾取频谱信息、实现频谱感知技术的基本部件，天线既要有效地在较宽的频带内探测“频谱空穴”（宽带侦听），同时又要实现相对带宽较窄的系统收发功能（正常通信）。对于绝大多数小型无线通信设备而言，为了实现上述的频谱感知功能，需要将宽带和窄带天线同时集成在体积严格受限的空间内。由于宽带天线与窄带天线之间距离很小，隔离度难以提高，将会导致两者之间的严重互耦和串扰，影响实际性能。因此，为了满足“物联网”和频谱感知技术对天线的性能要求，必须在不显著增加天线体积与复杂度的情况下，设法提高宽带-窄带天线单元之间的隔离度，解决有限空间内宽带与窄带天线共存的问题。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是针对上述背景技术中存在的技术问题，提供一种宽带-窄带组合天线；使得组合天线中的宽带天线与窄带天线之间具有较高的隔离度，宽带天线可用于宽频带内的频谱感知功能，窄带天线可用于窄频带内的收发通信。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种宽带-窄带组合天线，包括介质基板、宽带对称渐变槽线天线、窄带贴片天线；其中宽带对称渐变槽线天线、窄带贴片天线分别设置在介质基板上，窄带贴片天线与宽带对称渐变槽线天线相互不重叠。

进一步的，本发明的宽带-窄带组合天线，宽带对称渐变槽线天线包括对称渐变槽线单元、渐变结构对称振子单元、微带馈线，其中对称渐变槽线单元、渐变结构对称振子单元彼此相连接设置在介质基板的一侧，微带馈线设置在介质基板的另一侧。    

进一步的，本发明的宽带-窄带组合天线，窄带贴片天线包括金属贴片、金属反射板和内插微带馈线，其中金属贴片、内插微带馈线彼此相连接设置在介质基板的一侧，金属反射板设置在介质基板的另一侧。

进一步的，本发明的宽带-窄带组合天线，对称渐变槽线单元和渐变结构对称振子单元采用直线渐变、指数渐变或其他任意形状的渐变方式。

进一步的，本发明的宽带-窄带组合天线，金属贴片的形状采用矩形、圆形或者椭圆形。

进一步的，本发明的宽带-窄带组合天线，介质基板的介电常数范围为2-20。

本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：

1、本发明利用对称渐变槽线天线的场结构与窄带贴片天线的场结构相互正交的特性，有效提高有限空间内宽带天线与窄带天线之间的隔离度。

2．本发明的组合天线直接采用微带线馈电，可以直接与其他平面微波电路集成在一起。

3．本发明的天线结构和制作工艺均非常简单，单元隔离度高，具有较小的体积、简单的对称结构和极低的剖面尺寸，能够有效地实现与前端射频电路的集成，同时能有效抑制不同天线单元之间的串扰。

附图说明：

图1是本发明天线的平面结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是利用IE3D软件计算的天线回波损耗特性示意图。

图4是采用IE3D软件计算的天线方向图、天线增益曲线图。

图中标号：1-介质基板，2-对称渐变槽线单元，3-渐变结构对称振子单元，4-微带馈线，5-宽带对称渐变槽线天线，6-金属贴片，7-金属反射板，8-内插微带馈线，9-窄带贴片天线。

具体实施方案:

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

对照附图1，本发明的组合天线的结构是：组合天线包括制作在介质基板1上的宽带对称渐变槽线天线5、窄带贴片天线9；其中宽带对称渐变槽线天线5由对称渐变槽线单元2、渐变结构对称振子单元3和微带馈线4构成；窄带贴片天线9由金属贴片6、金属反射板7和内插微带馈线8构成。

本发明的宽带-窄带组合天线，金属贴片6可以采用矩形、圆形、椭圆等形状，对称渐变槽线单元2和渐变结构对称振子单元3，可以采用直线渐变，或指数渐变等其他任意形状的渐变方式。

对照附图2，附图2是附图1中的俯视图，其中宽带对称渐变槽线天线5、窄带贴片天线9分别设置在介质基板1上，窄带贴片天线9与宽带对称渐变槽线天线5相互不重叠。对称渐变槽线单元2、渐变结构对称振子单元3彼此相连接，金属贴片6、内插微带馈线8彼此相连接，设置在介质基板1的一侧；金属反射板7、微带馈线4设置在介质基板1的另一侧。 

宽带-窄带组合天线的制作方法是利用印刷电路板工艺或集成电路工艺，在介质基板1上设计宽带对称渐变槽线天线5和窄带贴片天线9。通过上述手段，提高有限空间内宽带天线与窄带天线之间的隔离度，同时实现频谱感知功能和收发通信功能。

对照附图3，附图3给出了介质基板1按照相对介电常数为2.2、厚度为1毫米选取时，利用IE3D软件计算的回波损耗特性与天线之间的隔离度特性，其中实线是宽带对称渐变槽线天线5的回波损耗特性，虚线是窄带贴片天线9的回波损耗特性，点划线为两个天线之间的隔离度。根据附图3可见，对称渐变槽线与贴片组合结构的宽带-窄带组合天线中的宽带对称渐变槽线天线能完全覆盖 5.1-12GHz频段，当中包含了用于无线局域网（WLAN）的5.15-5.35GHz、无线局域网与射频识别的5.725-5.825GHz以及超宽带无线通信（欧洲标准的6-8.5GHz）的工作频段；窄带贴片天线则能完全覆盖射频识别的5.725-5.825GHz频段；在整个频带内，窄带天线与宽带天线之间的隔离度大于25dB。

对照附图1中的坐标系以及附图4，附图4（a）-（b）分别给出了宽带天线和窄带天线在5.75GHz（无线局域网与射频识别频段）在zy-平面内的方向图。图中的实线为主极化分量，点划线为交叉极化分量。可见在5.75GHz频段上，用于实现系统收发功能的窄带天线的方向图呈现出近似的定向辐射特性，在+z方向具有较高的辐射电平。这种定向工作特性对于手持机应用而言是有利的：如果安装天线时，使人体或其他电路位于辐射相对较小的-z方向，则可能降低天线对人体或其他电路的影响。

对称渐变槽线与贴片组合结构的宽带-窄带组合天线，窄带天线与宽带天线之间具有很高的隔离度（大于25dB），还具有结构简单、体积轻巧、易于制作、成本低廉的特点。本发明解决了有限空间内窄带、宽带天线单元的共存问题，能为实现未来无线通信系统中的频谱感知功能提供技术储备。因此，本发明在无线传感器网络和“物联网”中有着广泛的应用前景。

Claims (4)

1.一种宽带-窄带组合天线，其特征在于：包括介质基板（1）、宽带对称渐变槽线天线（5）、窄带贴片天线（9）；其中宽带对称渐变槽线天线（5）、窄带贴片天线（9）分别设置在介质基板（1）上，窄带贴片天线（9）与宽带对称渐变槽线天线（5）相互不重叠，且所述宽带对称渐变槽线天线（5）的场结构与窄带贴片天线（9）的场结构互相正交；

所述宽带对称渐变槽线天线（5）包括对称渐变槽线单元（2）、渐变结构对称振子单元（3）、微带馈线（4），其中对称渐变槽线单元（2）、渐变结构对称振子单元（3）彼此相连接设置在介质基板（1）的一侧，微带馈线（4）设置在介质基板（1）的另一侧；

所述窄带贴片天线（9）包括金属贴片（6）、金属反射板（7）和内插微带馈线（8），其中金属贴片（6）、内插微带馈线（8）彼此相连接设置在介质基板（1）的一侧，金属反射板（7）设置在介质基板（1）的另一侧；

所述微带馈线（4）、内插微带馈线（8）分别用于馈电。

2.根据权利要求1所述的宽带-窄带组合天线，其特征在于：对称渐变槽线单元（2）和渐变结构对称振子单元（3）采用直线渐变、指数渐变或其他任意形状的渐变方式。

3.根据权利要求1所述的宽带-窄带组合天线，其特征在于：所述金属贴片（6）的形状采用矩形、圆形或者椭圆形。

4.根据权利要求1至3任一所述的宽带-窄带组合天线，其特征在于：所述介质基板（1）的介电常数范围为2-20。

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